由紐約干細胞基金會（NYSCF）實驗室和哥倫比亞大學醫(yī)學中心（CUMC）的科學家們組成的一個聯(lián)合小組開發(fā)了一種新技術,，或許可以阻止兒童線粒體疾病遺傳。這一研究發(fā)表在《自然》（Nature）雜志上。
NYSCF實驗室的Dieter Egli博士和Daniel Paull博士,，以及CUMC的Mark Sauer博士和Michio Hirano博士,，在新研究中演示了如何在人類卵細胞之間成功地轉移細胞核,。這一里程碑式的成果將對有可能遺傳線粒體疾病的兒童產生重要的影響,。
線粒體是負責細胞維持和生長的重要細胞器。它們具有自己的一套基因,，由母親傳遞給孩子,。盡管線粒體DNA只占個體2萬多個基因中的37個，線粒體基因突變卻會導致有害效應,。
由于線粒體DNA突變所導致的線粒體疾病,，大約每1萬人就有1人受累，而每200個攜帶突變線粒體DNA的個體差不多有1人罹患這類疾病。癥狀通常在兒童期即顯現(xiàn),，可導致發(fā)育障礙,、腎臟疾病、肌無力,、神經系統(tǒng)疾病,、視力和聽力喪失，以及呼吸系統(tǒng)問題等等,。在世界范圍內,，大約每30分鐘就有一名線粒體病患兒出生，且目前尚無法治愈這些破壞性的疾病,。
研究的共同作者,、NYSCF實驗室資深研究員Egli博士說：“通過這項研究，我們證實應該有可能阻止線粒體疾病遺傳,。我們希望這一技術能夠迅速推動到臨床,，在人類臨床研究中能夠演示如何利用這一過程來幫助防止線粒體病。”
在這項研究中,，研究人員移除了一個未受精卵細胞的細胞核,，用另一個供體卵細胞的細胞核來替代它。生成的卵細胞包含供體的基因組,，但卻沒有她的線粒體DNA,。研究表明這種轉移沒有對卵細胞產生可檢測到的不利影響，這是臨床轉化的先決條件,。研究人員是通過一種新技術,，在核轉移前降低卵細胞溫度從而取得這一成果的。從前的研究報告大約50%的卵細胞存在不良后果,。
研究人員隨后通過一種稱作孤雌生殖（parthenogenesis）的技術人為激活了卵細胞,，并獲得了來自發(fā)育胚泡的干細胞系,。將這些細胞系培育超過1年,，它們生成了諸如神經元、心臟細胞和胰腺β細胞等受到突變線粒體DNA影響的成體細胞類型,。研究人員證實無法檢測到供體基因組原始線粒體水平,，表明永久地消除了這一線粒體DNA，從而阻止了一個家庭的后代生成這些疾病,。
當前阻止線粒體疾病的治療方案極為有限,。一名具有線粒體疾病家族史的婦女或許會放棄生孩子。她或許會選擇用捐贈的卵子進行體外受精（IVF）,；然而,，這意味著孩子將在遺傳上與她不存在親緣關系。作為另一種選擇,，患者可以接受IVF治療,，通過產前篩查,，讓醫(yī)生挑選出來自母親的，具有最小可能性攜帶線粒體DNA缺陷的卵子,。然而,，這并不是一種十分有效的篩查過程，她的孩子或許仍然會受線粒體疾病的影響,。
“攜帶突變線粒體DNA的婦女可能不再需要擔心她們的孩子將會生病,。通過這種技術我們或許可以為婦女們提供一種治療方法防止這些疾病，”論文的共同作者,、哥倫比亞大學醫(yī)學中心生殖內分泌學主任,、婦產科副主任Sauer博士說。
紐約干細胞基金會首席執(zhí)行官Susan L. Solomon 說：“這些研究結果集中體現(xiàn)了紐約干細胞基金會的目標和愿望,，即加快尋找治療,，并預防疾病。這項研究強調了跨學科合作的重要性,，研究人員和臨床醫(yī)學之間的緊密合作實現(xiàn)了從前不可能獲得的巨大進展,。”
“一名患者有將缺陷線粒體傳遞給孩子的風險，對此我們常常知道得太晚,。這對于患者和她得家庭絕對是毀滅性的,。新技術提供了一種有效的解決方法，確保卵細胞中僅有健康的線粒體,，”哥倫比亞大學醫(yī)學中心成人肌營養(yǎng)不良癥協(xié)會診所共同主任,、神經病學教授Hirano說。
科學家們計劃利用這一技術走向臨床應用,。下一步包括生成更多的無線粒體疾病的卵細胞,，并在動物模型中生成健康后代。(生物谷Bioon.com)
doi:10.1038/nature11800
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Nuclear genome transfer in human oocytes eliminates mitochondrial DNA variants
Daniel Paull Valentina Emmanuele Keren A. Weiss Nathan Treff Latoya Stewart Haiqing Hua Matthew Zimmer David J. Kahler Robin S. Goland Scott A. Noggle Robert ProsserMichio Hirano Mark V. Sauer Dieter Egli
Mitochondrial DNA mutations transmitted maternally within the oocyte cytoplasm often cause life-threatening disorders. Here we explore the use of nuclear genome transfer between unfertilized oocytes of two donors to prevent the transmission of mitochondrial mutations. Nuclear genome transfer did not reduce developmental efficiency to the blastocyst stage, and genome integrity was maintained provided that spontaneous oocyte activation was avoided through the transfer of incompletely assembled spindle–chromosome complexes. Mitochondrial DNA transferred with the nuclear genome was initially detected at levels below 1%, decreasing in blastocysts and stem-cell lines to undetectable levels, and remained undetectable after passaging for more than one year, clonal expansion, differentiation into neurons, cardiomyocytes or β-cells, and after cellular reprogramming. Stem cells and differentiated cells had mitochondrial respiratory chain enzyme activities and oxygen consumption rates indistinguishable from controls. These results demonstrate the potential of nuclear genome transfer to prevent the transmission of mitochondrial disorders in humans.
